本發(fā)明涉及潤滑與密封材料領域，特別涉及一種防銹耐磨的環(huán)保型密封脂及其制備方法。

背景技術：

石油密封脂是石油開采過程中專用管柱潤滑和密封所使用的一種重要材料，由于使用環(huán)境惡劣(如極寒、極熱、濕或者干、臟污、高腐蝕環(huán)境)會造成上扣、卸扣粘塞油路、手涂作業(yè)困難、螺紋腐蝕、環(huán)境污染等問題。國外螺紋密封脂的研發(fā)技術優(yōu)于國內，在密封性、摩擦和上緊程度方面具有統(tǒng)一標準，國外的螺紋脂占據(jù)了我國市場的大部分份額。

現(xiàn)有技術的缺陷：目前普遍使用的螺紋密封脂在耐腐蝕耐摩擦性能不穩(wěn)定，而且需要添加鉛粉、鋅粉等重金屬，對環(huán)境和人體有較大危害。國內需要開發(fā)抗磨抗腐蝕性能更好、環(huán)境更友好的新型螺紋密封脂材料。

技術實現(xiàn)要素：

為解決以上技術問題，本發(fā)明提供防銹耐磨的環(huán)保型密封脂及其制備方法，以解決保證了密封脂既不含有鋅等重金屬，也能保證套管長期露天放置管端螺紋不生銹，以及在高溫條件下仍然保持潤滑性和防粘性的問題。

本發(fā)明采用的技術方案如下：一種防銹耐磨的環(huán)保型密封脂，關鍵在于由以下質量份數(shù)的原料組成：通用鋰基潤滑脂45-65份、增粘劑8-20份、緩蝕劑3-8份、復合磷酸鈣2-10份、環(huán)保膨脹石墨10-18份、聚四氟乙烯6-15份。

優(yōu)選的，所述原料的質量份數(shù)為：通用鋰基潤滑脂48份、增粘劑9份、緩蝕劑4份、復合磷酸鈣5份、環(huán)保膨脹石墨12份、聚四氟乙烯8份組成。

優(yōu)選的，所述復合磷酸鈣采用以下方法獲得：分別將鈣源溶解于水中得到溶液a、磷源溶解于水中得到溶液b，所述鈣源與磷源的ca/p摩爾比為1:(0.5-2)，將溶液a邊攪拌邊滴加到溶液b中得到混合溶液；用調節(jié)劑將混合溶液的ph值保持為10～10.5，室溫攪拌反應8-10小時后，加入分散劑，陳化24h，將沉淀用蒸餾水反復洗滌，于120℃干燥2-12h；然后以5℃/min升溫速度升溫至600℃-1200℃，并保溫0.5h-2h，即得到復合磷酸鈣。

優(yōu)選的，所述鈣源為碳酸鈣、硝酸鈣或氫氧化鈣；所述磷源為磷酸、多磷酸或五氧化二磷；所述調節(jié)劑為氨水或氫氧化鈉；所述分散劑為三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉或甲基戊醇。

優(yōu)選的，所述環(huán)保膨脹石墨采用以下方法獲得：將磷片石墨中依次加入質量分數(shù)為35-60％的硝酸溶液和氧化劑，室溫攪拌反應1-3小時后，靜置沉淀，沉淀物用蒸餾水反復洗滌后，在120℃下脫水干燥，得到所述環(huán)保膨脹石墨。

優(yōu)選的，所述氧化劑為高錳酸鉀或重鉻酸鉀；所述環(huán)保膨脹石墨的s含量≤50ppm。

優(yōu)選的，所述增粘劑為聚丁烯pb900、pb950、pb1000、pb1300、pb1400、pb2400中的一種或多種。

優(yōu)選的，緩蝕劑為單油酸季戊四醇酯、山梨糖醇酐單油酸酯、油酸十八烷胺或硬脂酸環(huán)己胺中的一種或多種。

一種防銹耐磨的環(huán)保型密封脂的制備方法，關鍵在于按以下步驟進行：

步驟一、分別制備復合磷酸鈣和環(huán)保膨脹石墨；

步驟二、常溫下將通用鋰基潤滑脂和增粘劑混合，混合均勻后，將混合物和環(huán)保膨脹石墨加入研磨機中，真空研磨1～10小時，然后移入高速混合機中真空脫除氣泡，得到均一混合物a；

步驟三、將混合物a、緩蝕劑、復合磷酸鈣和聚四氟乙烯加入高速分散機中，抽真空攪拌，轉速為50～1000rpm，攪拌時間為70～120min，最后經(jīng)過磨勻過濾包裝得到成品。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的防銹耐磨的環(huán)保型密封脂分別引入緩釋劑和復合磷酸鈣，使其具有多重防銹作用，復合磷酸鈣在腐蝕環(huán)境氣氛下微溶于水，對金屬的螯合力很強，在鐵表面形成鈍態(tài)被膜，具有優(yōu)異的防銹效果，綠色環(huán)保；引入的環(huán)保膨脹石墨不含硫(或低硫)，具有高膨脹率，耐腐蝕性好，耐磨性能佳；本發(fā)明的防銹耐磨的環(huán)保型密封脂不同于傳統(tǒng)密封脂，具有更好的抗擦性和抗腐蝕性，此外在保證螺紋脂性能的前提下不添加鋅粉，降低了重金屬對環(huán)境的風險，減少了對使用者的健康損害，具有環(huán)境友好性；本發(fā)明的制備工藝簡單，采用分步法去除雜質，提高分散性，減少粉塵污染，綠色環(huán)保。

具體實施方式

為使本領域技術人員更好的理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附表和具體實施方式對本發(fā)明作詳細說明。

一、一種防銹耐磨的環(huán)保型密封脂

實施例1：防銹耐磨的環(huán)保型密封脂中各原料的配制比例

將防銹耐磨的環(huán)保型密封脂中各原料分別按表1所述質量份數(shù)進行混合，得到3組不同混合比例的防銹耐磨的環(huán)保型密封脂i～iii。

表1不同混合比例(質量份數(shù))的防銹耐磨的環(huán)保型密封脂

實施例2：防銹耐磨的環(huán)保型密封脂的制備方法

步驟一、復合磷酸鈣的制備：分別將碳酸鈣溶解于水中得到溶液a、磷酸溶解于水中得到溶液b，所述碳酸鈣與磷酸的ca/p摩爾比為1:0.5，將溶液a邊攪拌邊滴加到溶液b中得到混合溶液；用調節(jié)劑將混合溶液的ph值保持為10～10.5，室溫攪拌反應8-10小時后，加入分散劑，陳化24h，將沉淀用蒸餾水反復洗滌，于120℃干燥2-12h；然后以5℃/min升溫速度升溫至600℃-1200℃，并保溫0.5h-2h，即得到復合磷酸鈣。

環(huán)保膨脹石墨的制備：將磷片石墨中依次加入質量分數(shù)為35-60％的硝酸溶液和高錳酸鉀，室溫攪拌反應1-3小時后，靜置沉淀，沉淀物用蒸餾水反復洗滌后，在120℃下脫水干燥，得到所述環(huán)保膨脹石墨的s含量≤50ppm。

步驟二、常溫下將45份通用鋰基潤滑脂和8份聚丁烯pb900混合，加熱升溫至60～90℃，混合均勻后，將混合物和10份環(huán)保膨脹石墨加入研磨機中，真空研磨1～10小時，然后移入高速混合機中真空脫除氣泡，得到均一混合物a；

步驟三、將混合物a、3份單油酸季戊四醇酯、2份復合磷酸鈣和6份聚四氟乙烯加入高速分散機中，抽真空攪拌，轉速為50～1000rpm，攪拌時間為70～120min，最后經(jīng)過磨勻過濾包裝得到密封脂i。

實施例3：防銹耐磨的環(huán)保型密封脂的制備方法

步驟一、復合磷酸鈣的制備：分別將硝酸鈣溶解于水中得到溶液a、多磷酸溶解于水中得到溶液b，所述硝酸鈣與多磷酸的ca/p摩爾比為1:2，將溶液a邊攪拌邊滴加到溶液b中得到混合溶液；用調節(jié)劑將混合溶液的ph值保持為10～10.5，室溫攪拌反應8-10小時后，加入分散劑，陳化24h，將沉淀用蒸餾水反復洗滌，于120℃干燥2-12h；然后以5℃/min升溫速度升溫至600℃-1200℃，并保溫0.5h-2h，即得到復合磷酸鈣。

環(huán)保膨脹石墨的制備：將磷片石墨中依次加入質量分數(shù)為35-60％的硝酸溶液和重鉻酸鉀，室溫攪拌反應1-3小時后，靜置沉淀，沉淀物用蒸餾水反復洗滌后，在120℃下脫水干燥，得到所述環(huán)保膨脹石墨的s含量≤20ppm。

步驟二、常溫下將65份通用鋰基潤滑脂和20份聚丁烯pb1400混合，加熱升溫至60～90℃，混合均勻后，將混合物和18份環(huán)保膨脹石墨加入研磨機中，真空研磨1～10小時，然后移入高速混合機中真空脫除氣泡，得到均一混合物a；

步驟三、將混合物a、8份油酸十八烷胺、10份復合磷酸鈣和15份聚四氟乙烯加入高速分散機中，抽真空攪拌，轉速為50～1000rpm，攪拌時間為70～120min，最后經(jīng)過磨勻過濾包裝得到密封脂ii。

實施例4：防銹耐磨的環(huán)保型密封脂的制備方法

步驟一、復合磷酸鈣的制備：分別將氫氧化鈣溶解于水中得到溶液a、五氧化二磷溶解于水中得到溶液b，所述氫氧化鈣與五氧化二磷的ca/p摩爾比為1:1，將溶液a邊攪拌邊滴加到溶液b中得到混合溶液；用調節(jié)劑將混合溶液的ph值保持為10～10.5，室溫攪拌反應8-10小時后，加入分散劑，陳化24h，將沉淀用蒸餾水反復洗滌，于120℃干燥2-12h；然后以5℃/min升溫速度升溫至600℃-1200℃，并保溫0.5h-2h，即得到復合磷酸鈣。

環(huán)保膨脹石墨的制備：將磷片石墨中依次加入質量分數(shù)為35-60％的硝酸溶液和重鉻酸鉀，室溫攪拌反應1-3小時后，靜置沉淀，沉淀物用蒸餾水反復洗滌后，在120℃下脫水干燥，得到所述環(huán)保膨脹石墨的s含量為0。

步驟二、常溫下將48份通用鋰基潤滑脂和9份聚丁烯pb1000混合，加熱升溫至60～90℃，混合均勻后，將混合物和12份環(huán)保膨脹石墨加入研磨機中，真空研磨1～10小時，然后移入高速混合機中真空脫除氣泡，得到均一混合物a；

步驟三、將混合物a、4份山梨糖醇酐單油酸酯、5份復合磷酸鈣和8份聚四氟乙烯加入高速分散機中，抽真空攪拌，轉速為50～1000rpm，攪拌時間為70～120min，最后經(jīng)過磨勻過濾包裝得到密封脂iii。

實施例5對比實施例

設備和操作同實施例4，不同的是將復合磷酸鈣改為鋅粉，其他原料及其用量不變，所得到的密封脂iv。

實施例6對比實施例

設備和操作同實施例4，不同的是將環(huán)保膨脹石墨改為鱗片石墨粉，其他原料及其用量不變，所得到的密封脂v。

二、分別將上述各實施例制備得到的密封脂i～v按照apirp5a3標準要求進行性能測試，結果如下表所示：

表2各密封脂性能測試對比表

從上表的數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明的防銹耐磨的環(huán)保型密封脂和未加入復合磷酸鈣的密封脂相比，耐腐蝕性有大幅度的提高，密封脂i-iii可以看出，鈣/磷摩爾比太低，會導致縮合磷酸離子的溶出量過剩，導致密封脂鼓脹，防銹效果降低，鈣/磷摩爾比太高，由于形成鈍態(tài)膜所需的縮合磷酸離子的溶出量太低，防銹效果降低；密封脂iii與密封脂iv相比，使用鋅粉作為防銹劑，在耐鹽霧性和耐濕熱性方面仍不如復合磷酸鈣的效果；密封脂iii與密封脂v相比，由于環(huán)保膨脹石墨低硫(甚至不含硫)，因而穩(wěn)定性和耐腐蝕性能更優(yōu)異。

最后需要說明，上述描述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領域的技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入本發(fā)明的保護范圍之內。